les mécanismes de contrôle de congestion dans atm · ☞ le contrôle de congestion gère ce...

■ Contrôle de congestion sous ATM■

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1/adp/bcousin/Cours/ATM-congest.fm- 11 Mars 1999 14:25)

congestion

cb

____Bernard Cousin- © IFSIC -Université Rennes I

(/home/kouna/d0

Les mécanismes de contrôle dedans ATM

par Bernard Cousin

ATM


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Plan

• Introduction : la congestion

• Les techniques de contrôle de congestion

• Le contrôle d'établissement des connexions

• Le contrôle de conformité du trafic

• La notification de congestion

• Le rejet sélectif de cellules

• Conclusion


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mutateurs, etc.

pposant que la probabilité que toutes lesnexions multiplexées est grand plus cela

nnancement (scheduling) des

stockage (buffer).

s


1. Introduction

. Les ressources du réseau sont limitées : débit des liens, capacité de stockage des com. Les applications soumettent des trafics variés : temporellement et quantitativement.. L'utilisation des ressources doit être optimisée :

➱ le multiplexage statistique :on alloue à chaque connexion un débit inférieur à son débit crête en susources transmettent en même temps soit faible (plus le nombre de conest statistiquement probable).

☞ Congestion

La congestion des liens : Impossible !

☞ contrôle d'accès réglé par la politique d'ordocellules par les commutateurs.La congestion des commutateurs : de leurs espaces de

☞ encombrement ➱ retard des cellules

☞ débordement ➱ pertes des cellule


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s (QoS : taux de perte, délai,

nstances)

imisation QoS

Contrôle


1.1. Le contrôle de congestion

Besoins contradictoires : . pour les usagers et leurs applications :

➱ garantir la qualité du transfert de leurs donnéedébit, etc). . pour les opérateurs :

➱ optimiser l'utilisation des ressources.

Propriétés des mécanismes de contrôle : - flexibilité (s'adaptent à tous les types de trafics) - efficacité (faible complexité, peu de ressources) - robustesse (permanence du service en toutes circo

☞ Le contrôle de congestion gère ce compromis.Opt


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antesque de

, variable par

t 10

155

2

10000 16

0,0004

10000,048

débit(Mbit/s)

longueur(km)

capacité(Mbit)

0,0005


1.2. Difficultés du contrôle de congestion

Haut débit : . les contrôle réactifs sont peu efficaces :

➱ pendant le délai d'aller et retour une quantité gigdonnées a le temps d'arriver (de submerger le réseau).

➱ capacité du réseau ! : - LFN (“Long fat network”), - débitx délai.

Services multiples : . les applications ont des besoins très variés : - taux de perte nul, faible, quelconque, etc. - délai de transmission constant, variable, infini, etc.

Types de trafic multiples : . contant, périodique, sporadique, continûment variablepalier, quelconque, etc.

Etherne

ATM

X25


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débit crête

débit moyen

temps

débit nominal

débit instantané


1.3. Les débits

. Débit crête (PCR : peak cell rate) : - débit maximum atteint,. Le débit nominal de la liaison.. Débit moyen (MCR : mean cell rate) : - débit moyen sur un intervalle de temps. Le débit instantané.

➱ Débit cellulaire.

. 0n distingue: - des périodes d'activité (burst) - des périodes de silence.

silencerafale

débit


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llule,

lexées sur la même liaison, liaison, les autres attendent !érentes connexions.

sa charge (longueur des files

s ATM) :e, le délai de transmission est

mis !


1.4. Gigue

Gigue : variation du délai de transmission, . gigue d'insertion : - l'instant d'arrivée des données de celui de la ce - retard d'une durée cellulaire. . gigue de multiplexage: - les cellules de différentes connexions sont multip - à tout moment une seule cellule est émise sur la - politique d'ordonnancement des cellules des diff . gigue de charge : - les délais introduits par le réseau dépendent de d'attente, durée des traitements, etc). . gigue de routage (actuellement pas de re-routage dan - si la route empruntée par les cellules est modifiémodifié.

➱ la gigue influe sur la forme du trafic : le trafic reçu n'est plus le trafic é

☞ conformité du trafic (mesure du débit)


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tion du délai (gigue), etc.rs jours.

stiness),

Temps

xions


1.5. Niveaux d’analyse du trafic

➱ Connexion : - sa nature (variable, en rafale, constante, etc), - la bande passante requise, - la qualité de service (QoS : Quality of Service): taux d'erreur admissible, délai maximum, varia - échelle de temps : quelques secondes à plusieu

➱ Rafale (burst): - fréquence, longueur, intensité (sporadicité : bur - un message⇒ des cellules ! - échelle de temps : la milliseconde.

➱ Cellule : - échelle de temps : la microseconde.

Cellules Rafales Conne


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(ou pendant le transfert des

it rate (real time), ABR :

m cell rates.


2. Les techniques de contrôle de congestion

2.1. Contrat de trafic

Les applications et le réseaunégocient un contrat : - le réseau ATM utilise le mode connecté, - lors de la phase d'établissement de la connexiondonnées),

➱ type de trafic :. CBR : constant bit rate, VBR-rt or -nrt : variable b

available bit rate, UBR : unspecified bit rate.➱ descripteur de trafic (débits et QoS) : . PCR, SCR, MCR : peak, sustainable and minimu . CLR : cell loss ratio. . CTD : cell transfer delay. . BT : burst tolerance, CDV : cell delay variation.➱ pour les 2 niveaux de trafic : CLP=0 et CLP=0+1.➱ pour les 2 sens : aller et retour.


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ximale du champ)

t être émises par anticipation


2.2. Contrôle de flux

Gestion de la disponibilité du récepteur : . occupation des tampons de stockage. . capacité de traitement des données.

Protocole Xon/Xoff . peu précis ou trop contraint !

Sliding window (fenêtre coulissante) . utilisé par de nombreux protocoles : HDLC, X25.3, TP, TCP, TPX, SSCOP, etc. . numérotation des données (modulo la capacité ma . acquittement, . largeur de la fenêtre : nombre de données pouvan - implicitement : fenêtre de largeur fixe), - explicitement : crédit. . couplé au contrôle d'erreur.


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onnées

té.

'envoi anticipé de paquets


2.3. Sliding Window

102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122

envoyésacquittés

envoyésnon-acquittés

non-envoyés

interditd'envoi

largeur de la fenêtre

acknowledgementnumber

sequencenumber

window size

flux de d

Mécanisme permettant à la fois : - Le contrôle de flux et de congestion. - Le contrôle des pertes, duplication, déséquenciali - La récupération des erreurs par retransmission. - L'optimisation de l'utilisation de la connexion par l(avant que les octets des paquets précédents soient acquittés).

Basé sur l'identification des données(octets ou des paquets) :⇒ leur numérotation(modulo) .


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T.

t des connexions),


2.4. Méthodes de contrôle de congestion

Défini par la recommandation I.371 de l'ITU-

Principales méthodes : . Préventives : - le contrôle d'admission (d'établissemen - le contrôle de trafic. . Réactives : - la notification de congestion. - le rejet sélectif de cellules.

temps de réaction, techniques d'évitement et correctives.


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xions

les simultanées


3. Le contrôle d'établissement des connexions

3.1. Le CAC

CAC (Connexion admission control) :☞ Contrôle les établissements de nouvelles conne

. Analyse de la demande (descripteur de trafic)⇒ Evaluation de la bande passante équivalente

. Recherche de chemin optimal, . Réservation des ressources.

☞ Optimisation : . multiplexage statistique = surallocation

⇒ faible probabilité d'un grand nombre de rafa

⇒ mais pas nulle➱ perte de cellules!


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onnexion est longue :ce au destinataire aller et

commutateur traversé.

Destinataire

Temps

Destinataire


3.2. L’établissement

La durée d'établissement (de négociation) de la c . délai de propagation de la demande de la sourretour. . réservation des ressources au sein de chaque

Source

commutateur

Etablissement

Transfert des cellules

Source

délai


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es :es en nombre réduit

tion générale).

'établissement de la

ont détruites !


3.3. Le type de connecxion

Connexions permanentes ou semi-permanent . besoins de communication entre partenairet stable.

Utilisation de VPC: . conduits virtuels préétablis, . entre deux points de trafic importants, . domaine de la gestion du réseau (configura

FRP : Fast reservation protocol . Les données accompagnent la demande dconnexion. . Si la connexion est refusée, les données s


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dth enforcement):

e inadéquation entre les trafic :

érents :


4. Le contrôle de conformité du trafic

4.1. Contrôle de trafic

Usage parameter control (UPC)(source policing , bandwi

- surveillance des paramètres du contrat, - durant la phase de transfert des données. - protection des ressources du réseau contre unparamètres du contrat et le comportement réel du

☞ utilisation malveillante,☞ erreurs involontaires.

Idéalement : - capable de détecter toute situation illégale, - réaction rapide, - transparent au trafic conforme, - simple et efficace.

Existe aussi entre deux réseaux d'opérateurs diff . NPC (network parameter control)


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nt prioritairement détruites.


4.2. Techniques

Contrôle de conformité : - à l'accès du réseau public (UPC), - entre les réseaux (NPC).

Actions sur les cellules non-conformes : . destruction - les cellules non-conformes sont détruites, - c'est trop tôt ! . marquage (tag) - les cellules non-conformes sont marquées :

☞ CLP bit de la cellule - en cas de congestion les cellules marquées so . réordonnancement temporel (lissage : shaping) - les cellules non-conformes sont retardées, - accumulation dans un tampon du contrôleur.


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ps :

3ème fenêtreTemps

-conforme

Temps

ow


4.3. Contrôle par fenêtre

. La fenêtre est un intervalle de durée fixe : - W : la largeur de la fenêtre en durée cellulaire.. Le nombre de cellules autorisées par intervalle de tem - N, N<W: taille de la rafale. . débit cellulaire conforme : - N/W*D (avec D : débit nominal)

Jumping window : W=5, N=3.

1ère fenêtre 2ème fenêtre

cellule non

Moving Window :1ère fenêtre

2ème fenêtre3ème fenêtre

Dépend de l'instant initial !

Trop de calcul !

[EWMA] : Exponnentially weighed moving window, [TRJ] : Triggered jumping wind


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ement,

ébit cible : D/I

Temps


4.4. Leaky Bucket

Seau percé [J.Turner 88]: - variable C : contenance instantané du seau - constante L : capacité maximum du seau - constanteD : taille de la fuite - constanteI : taille du verre

Fonctionnement : - initialement : C=0, - arrivée d'une cellule : si C< L+I alors C = C+I sinondébord - périodiquement (T) : C= C-D (si C 0 ).

D

L = 8, I=1, D=3

L

C

T

D

I

D

I


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elles)

CGRA par connexion


4.5. CGRA

Generic cell rate algorithm : GCRA(T,τ) . normalisé l'ATM Forum et l'ITU_T [I.371] . identique à "Continuous state leaky bucket" (à valeurs ré

1/T : débit cellulaire contrôlé,τ : tolérance sur le temps de propagation des cellules.

TAT<Ta

TAT = Ta

TAT =TAT + T

TAT ≥ Ta + τ

yes

no

no

yes

conforming cell

non-conformingcell

arrival cell time : Ta

TAT : Theorical Arrival Time

Un double


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TATk+1T

ΤΑΤk+1

ΤΑΤκ+1

e !

rme

le conforme

de la cellulee de la cellule

ence

temps


4.6. Exemple

TATk

tak

TATk

TATk

tak

τ T

tak

τ

En retard :

En avance mais pas trop :

Trop en avance : cellule non-conform

cellule confo

cellu

Ta : date d'arrivée TAT : date théoriqu1/T : débit de référτ : tolérance


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gestion :

s),

source

Destinataire


5. La notification de congestion

5.1. Présentation

. Envoi d'une indication explicite de con . Par les commutateurs :

☞ lors d'une perte de cellules - c'est trop tard !

☞ dépassement de seuils : - taux de perte cellulaire, - taux d'occupation (des tampon - débit, etc. . Demande de diminution du débit de la

☞ prise en compte optionnelle).

Source

commutateurcongestionné

sens du flux de données

bit positionnécellule de données émise

cellule RM

sens du contrôle de congestion


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données (dont le bit 4 est à 0)].trôle de congestion des

)

mmutateur.rce management cell)

'informations(débit explicite,ellules RM, etc).


5.2. Impémentation

☞ EFCI : explicitforward congestion indication - dans les cellules de données :[bit 3 du 4ème octet (bit EFCI du champ PTI) pour les cellules de

- utilisation possible des mécanismes de concouches supérieures : . messages spécifiques (destinataire-> source

☞ Backward ! - réduction du temps de réaction. - traitements complexes au sein de chaque co - utilisation de cellules spécifiques (RM: resou

[code 110 du champ PTI dans l'entête de cellule]. - plus précise : les cellules contiennent plus dactuel, minimum, longueur des files d'attente, numérotation des c


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le de congestion


Robustesse

. La perte de cellules :☞ de données : perte de précision☞ RM : perte de détection

. Emission périodique de cellules de contrô(PRCA : Proportional rate control algorithm)


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détruire :

t pas le trafic (CLP=1).

xion sont sémantiquement liées.

la congestion.

s cellules de données (dont le bit 4 est à 0)]


6. Le rejet sélectif de cellules

6.1. IntroductionLors d'une congestion effective, il faut choisir les cellules à . les cellules les moins prioritaires (CLP=1), . les cellules marquées par l'UPC ou le NPC ne respectan

Les cellules des connexions les moins importantes : . connexion de trafic UBR, . connexions ayant le CLR le plus élevé,

☞ RUV : relative usage value.

EPD : early packet discard . généralement les cellules successives d'un même conne . perte d'une cellule --> perte de la totalité du message. . destruction de toutes les cellules du message à partir de . marque de fin de message[bit 2 du 4ème octet (bit ATM_user-to-user.indication du champ PTI) pour le


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nt pas utiles pour tous les

th renegociation)

tres précèdent les blocs de

ion,

jacents,


7. ConclusionTous les mécanismes décrits précédemment ne sotypes de trafic :

☞ Ils sont utilisés par ABR.

Autres mécanismes :☞ Adaptation des paramètres du trafic (Bandwid

- ABT : ATM block transfer, - des demandes de modification des paramèdonnées.

☞ Re-routage - contournement des pannes et des congest - gestion du réseau.

☞ Credit-based Flow control - fenêtre coulissante entre commutateurs ad - temps de réaction plus court, - complexité des commutateurs.

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